THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MÓNG TRỤC CỦA KHU ĐẤT XÂY DỰNG

Theo kết quả khảo sát địa chất công trình của khu đất xây dựng được cấu tạo bởi các lớp sau: Lớp đất hữu cơ dày 0.5m Lớp đất á sét dày 3.0m Lớp đất á cát dày 5.0m Lớp đất cát hạt trung có chiều dày vô cùng. Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được cho ở bảng sau:

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MÓNG TRỤC CỦA KHU ĐẤT

XÂY DỰNG

1.1./ ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN:

1.1.1./ Tài liệu cho trước:

Theo kết quả khảo sát địa chất công trình của khu đất xây dựng

được cấu tạo bởi các lớp sau:

-Lớp đất hữu cơ dày 0.5m

-Lớp đất á sét dày 3.0m

-Lớp đất á cát dày 5.0m

-Lớp đất cát hạt trung có chiều dày vô cùng

* Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được cho ở bảng sau:

Tỷ trọn

g ∆

h

W d

1.1.2./ Đánh giá điều kiện địa chất

Đánh giá trạng thái của đất theo các chỉ tiêu sau:

A

W W

Ta thấy: 0.25<B = 0.44<0.5 ⇒ lớp Á sét ở trạng thái dẽo

cứng

+ Độ no nước của mẫu đất:

0.01 0.01 20 2.68

0.85 0.624

o

W G

⇒ G = 0.85 > 0.8 ⇒ lớp Á sét ở trạng thái bảo hoà nước

Kết luận: Lớp Á sét, trạng thái dẽo cứng, bão hòa nước

A

Ta thấy: 0.5<B = 0.66<0.75 ⇒ lớp Á cát ở trạng thái dẽo

0.01 0.01 22 2.66

0.664

o

W G

⇒ G = 0.88 > 0.8 ⇒ lớp Á cát ở trạng thái bảo hoà nước

Kết luận: Lớp Á cát, trạng thái dẽo mềm, bão hòa nước

 Lớp cát hạt trung (lớp 4):

Hệ số rỗng tự nhiên

Độ bảo hoà nước:

0.01 0.01 21.7 2.67

0.85 0.679

o

W G

Kết luận: Lớp cát hạt trung, ở trạng thái chặt vừa.

Với công trình này ta sử dụng giải pháp kết cấu khung BTCT toàn khối công trình thuộc loại cao tầng, tải trọng tác dụng lớn, đặc biệt là lực xô ngang gây ra bởi tải trọng gió.Công trình được xây dựng trong thành phố, trạng thái các lớp đất nền tương đối tốt, đồng thời căn cứ vào khả năng thi công thực tế ta chọn phương án móng cọc đài thấp

So với các loại móng khác thì móng cọc có nhiều ưu điểm rỏ rệt như: giảm khối lượng làm đất, tiết kiệm được vật liệu, có thể cơ giới hoá việc thi công được dễ dàng Nó không những đáp ứng yêu

cầu biến dạng và cường độ của công trình đối với nền tương đối tốt

mà còn có thể chịu được lực ngang và lực nhổ một cách hữu hiệu,

có lợi cho việc chống gió của kết cấu nhà cao tầng

1.2./ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN:

- Tải trọng: tĩnh tải, hoạt tải và gió đã được tính ở phần tính khung Từ bảng tổ hợp nội lực cho cột khung, ta chọn các tổ hợp nội lực tại chân cột có khả năng gây nguy hiểm nhất cho móng, các giá trị này lấy theo phương ngang nhà (trong mặt phẳng khung )

Vì tải trọng tác dụng vào khung là tải trọng tính toán, nên khi tính toán móng cọc ở TTGH2, ta phải chia cho hệ số vượt tải ktc =1.15

để có tải tiêu chuẩn làm số liệu để thiết kế

- Từ kết quả phân tích nội lực của hệ khung phẳng, ứng với mỗi chân cột ta có 3 cặp nội lực nguy hiểm như sau:

* Mmax - Ntư - Qtư

* Mmin - Ntư - Qtư

* Nmax - Mtư - Qtư

Bảng tải trọng tính toán móng

Trục

móng

Tải trọng tính toán

(T.m) (T) (T) (T.m) (T) (T) (T) (T.m) (T)

212.99

-28.62

271.19

8.94

332.13

26.48

8.44

-227.50

9.49

27.73

247.15

8.31

316.85

24.56

7.21

240.21 8.31

29.69

220.56

9.49

314.10 24.09 7.08

-224.85

8.97

26.18

166.65

7.55

274.29

W = × : Moment chống uốn

- Trong các tổ hợp nội lực nêu trên, tổ hợp nội lực nào cho kết

quả σmax sẽ được chọn để tính móng

- Ở công thức (*) , các giá trị: F, W, là các giá trị không thay đổi.

Suy ra σmax khi tổng: (N + M)max

- Với các tổ hợp nội lực trên thì ta chọn tổ hợp nội lực N max, Mtư

,Qtư để tính toán móng, sau đó ta kiểm tra với tổ hợp nội lực còn lại cho của móng đó

A 342.49 -26.48

8.44 297.82 -23.03

7.34

-1.3.1.2./ Đưa ra phương án móng

- Căn cứ vào các chỉ tiêu cơ lý và các đặc trưng cơ học của đất vừa xác định ở trên, ta đưa ra các phương án móng như sau:

**/ Phương án 1: Dùng cọc BTCT 30x30 cm, đặt đài cọc vào lớp

đất thứ 2, đặt mũi cọc vào lớp đất thứ 3

**/ Phương án 1: Dùng cọc BTCT 30x30 cm, đặt đài cọc vào lớp

đất thứ 2, đặt mũi cọc vào lớp đất thứ 4

**/ So sánh:

Lớp đất thứ 2 là lớp đất Á sét ở trạng thái dẻo cứng, có độ sệt

B=0.44<0.6 nên ta đặt đài cọc trong lớp đất này là tốt

Lớp đất thứ 3 là lớp đất Á cát ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt

B=0.66>0.6, là lớp đất yếu nên không thể đặt mũi cọc trong lớp đất này

Lớp đất thứ 4 là lớp cát hạt trung trạng thái chặt vừa, là lớp đất tốt nên ta đặt mũi cọc trong lớp đất này là hợp lý

**/ Kết luận: Đặt đài cọc trong lớp đất thứ 2, mũi cọc đặt trong lớp

đất thứ 4

1.3.1.3./ Chọn chiều sâu chôn đáy đài

- Để đài cọc không bị dịch chuyển và cột không bị uốn phải đặt đài cọc ở độ sau sao cho đủ ngàm vào đất

- Kiểm tra điều kiện:

b- cạnh đáy đài theo phương thẳng góc với tải trọng nằm ngang, giả thiết b = 1.5m.

Vậy ta chọn chiều sâu chôn đài hm =1.8m

 Cốt dọc chịu lục dùng thép AII (Ø ≥ 10): RS = 280 MPa;

+Hạ cọc bằng phương pháp ép tĩnh.

13.1.5./ Xác định sức chịu tải của cọc:

Sức chịu tải của cọc xác định theo hai trường hợp: sức chịu tải của cọc theo đất nền và sức chịu tải theo vật liệu làm cọc

a) Theo vật liệu làm cọc

Sức chịu tải của cọc Bê tông cốt thép tiết diện (30x30)cm được xác định theo công thức :

Pvl = ϕx(AsxRs + AbxRb) Trong đó:

ϕ - hệ số uốn dọc, cọc không xuyên qua bùn, than bùn,

Ab = Ac – As = 900– 10.18 = 890 cm2

⇒ Pvl = 1x(10.18 x 3650 + 890x145) = 166207daN ≈

166T.

b) Theo đất nền:

*Theo phương pháp thí nghiệm trong phòng:

Sức chịu tải của cọc theo đất nền được xác định theo công thức:

Pđn = mx(mRxRxA + u∑mfxfixli)Trong đó : m - hệ số điều kiện làm việc, m = 1

mR, mf - hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến ma sát giữa đất với cọc và sức chịu tải của đất ở mũi cọc

Phương pháp hạ cọc: ép cọc, đất cát hạt trung, tra bảng A 3, TCXD 205:1998, có: mR = 1.2 ; mfi = 1

A - diện tích tiết diện ngang của mũi cọc, F = 0.3 x 0.3 = 0.09 m2

u - chu vi tiết diện ngang qua cọc, u = 4×0.3 = 1.2 m

R - cường độ trung bình lớp đất dưới mũi cọc phụ thuộc và loại đất và chiều sâu mũi cọc

fi - lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình xung quanh cọc của lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua.

li – chiều dày lớp đất phân tố

* Trình tự tính toán:Σfili

- Chia các lớp đất mà cọc đi qua thành các lớp phân tố có

chiều dày hi ≤ 2m

- Căn cứ vào độ sâu zi tính từ mặt đất tự nhiên giữa các lớp đất

phân tố và trạng thái của các lớp đất phân tố đó (tra bảng

3.20trang 202 sách Nền Móng “Châu Ngọc Ẩn” để tính trị số ma

sát bên fi và phản lực đất nền ở mũi cọc R (tra bảng 3.19 trang

210).

Hình vẽ xác định z i , f i

Kết quả tính toán như sau:

⇒Sức chịu tải cho phép: ' 114.16

1.4

dn dn tc

P P k

= = =81.5T

So sánh: p vl = 166T ≥ (1.5 2) ÷ p dn' = (122 163) ÷ T (thỏa)

* Kết luận : Chọn PTK = min( Pvl; Pđn,) = min(166; 81.5 ) = 81.5 T

1.3.1.6./ Thiết kế số lượng cọc và tiết diện đài cọc

- Để các cọc ít ảnh hưởng lẫn nhau cĩ thể coi là cọc đơn Các cọc bố trí trong mặt bằng sao cho khoảng cách của các tim cọc a

+ γtb = 2 T/m3 Trọng lượng thể tích bình quân của đài và đất trên đài.

+ n = 1.1: Hệ số vượt tải

+ h = 1.8: Chiều sâu chôn đế đài-Trọng lượng của đài:

0

tt

G = ×n F × ×h γ =1.1 x 3.54x1.8x 2 = 14T-Số lượng cọc cần thiết

nc

tt sb

G 342.49 141.2

81.5

tt o tk

N P

M tt tt tt

0

= = 26.48 +8.44x1.8 = 41.67 Tm-Lực tác dụng lên các cọc biên:

tt y c

tt tt

x

x M n

N P

1 2

max 0

min max,

Với: + xmaxn =xmaxk = 0.9; ∑xi2 = 4x0.92 = 3.24 m2

min = 59.616 -11.575

= 47.88 T

Ptt

tb =71.2 47.88+2 = 59.46 T

-Trọng lượng tính toán của cọc: Pc = 0.3 x 0.3 x14x

2.5x1.1=3.465 T

-Điều kiện kiểm tra : Pmax + ≤P c P P TK; min ≥ 0

-Ta thấy: Ptt

max + Pc = 71.2 + 3.465 =74.5 T < PTK =81.5T (thỏa)

Pmin= 47.88 T >0 (thỏa)

Kết luận: Thoả mãn điều kiện lực tác dụng lên cọc chịu nén nhiều

nhất tác dụng xuống cọc biên và khơng cĩ cọc bị kéo do đĩ khơng cần kiểm tra điều kiện chống nhổ

1.3.1.8./ Tính tốn nền theo biến dạng

*/ Kiểm tra cường độ đất nền tại mặt phẳng mũi cọc

Để kiểm tra cường độ đất nền tại mặt phẳng mũi cọc, ta quan niệm: đài cọc, cọc và phần đất giữa các cọc là một khối mĩng qui ước (hình vẽ) Mĩng khối này cĩ chiều sâu từ mặt đất tự nhiên đến mặt phẳng đi qua mũi cọc

Ta cĩ :

n

n n TB

h h

h

h h

h

+ + +

+ + +

=

2 1

2 2 1

ϕ

24 5 1.7 5 6.7

× + × + ×

+ +

tc dai

G0 = + +-Trọng lượng phạm vi từ đế đài trở lên:

tc

dai

G = LM × BM × h × γ tb =5 x4.2 x1.8 x 2 = 75.6 T-Trọng lượng cọc

tc coc

G = 6 x 0.32 x 14 x 2.5 = 18.9 T -Trọng lượng đất từ đáy đài trở xuống ( phải trừ đi thể tích đất bị cọc chiếm chỗ)

-Vậy: Trọng lượng khối móng quy ước:

tc dat

tc coc

tc dai

G0 = + +

tc

G0 = 75.6+ 18.9 + 296.67 = 391.17 T

Hình vẽ: Khối móng quy ước (Móng trục A)

-Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối mĩng quy ước:

tc tc

N = 0 + 0 = 297.82 + 391.17 = 689 T-Momen tiêu chuẩn tương ứng trọng tâm đáy khối mĩng quy ước:

M tc tc

M = 0 + 0 × = 23.03 + 7.34 x 15.2 = 134.6 Tm-Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối mĩng quy ước:

2 min

max,

6

M M

tc M

M

tc tc

L B

M B

40.5 25.1

32.8 2

tc tb

+ m1=1.2; m2 = 1.0: Tra bảng 2-2 (sách Nền và móng - GSTS Nguyễn Văn Quảng)

+ A, B, D – các hệ số phụ thuộc vào góc nội ma sát (tra

bảng sách Cơ Học Đất trang 269)

σ = 32.8 T/m2 < RM =118 T/m2

min

σ = 25.1 T/m2>0Kết luận: Vậy nền đất dưới mũi cọc đủ sức chịu tải, ta tiến hành kiểm tra lún cho móng khối qui ước

*/ Kiểm tra lún cho móng cọc đài thấp

- Việc kiểm tra lún cho móng cọc được tiến hành thông qua việc kiểm tra lún của móng khối qui ước Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp

- Chia lớp đất dưới đáy móng khối quy ước thành các lớp phân

σzigl = koxσđgl

Bảng tính ứng suất gây lún và ứng suất bản

thân móng trục 2- A

Lớp

đất

Điểm

Độ sâu zi

σ(T/m2)

bt z

σ(T/m2)

- Chiều sâu vùng ảnh hưởng:

Tại điểm 4 (zi = 3.2 m), ta thấy:

σ4bt = 21.17 T/m2 > 5 x σ4gl = 5 x 2.77 = 13.85 T/m2

-Độ lún của mĩng cọc (tức khối mĩng quy ước):

4 1

0.0043 0.003 0.0019 0.001

i i

Hình vẽ: Sơ đồ tính lún cho móng cọc trục 2-A

1.3.1.9./ Tính toán và cấu tạo đài cọc:

a) Tính toán chiều cao của đài cọc

- Nhằm đảm bảo đài cọc chỉ có ứng suất nén, ta chọn bề dày h0

theo điều kiện sau:

* Kiểm tra điều kiện chọc thủng của cọc

+ Nct: lực gây đâm thủng bằng tổng các phản lực các đầu cọc nằm ngoài phạm vi đấy tháp đâm thủng ở một phía cạnh dài đài cọc,( khi móng cọc chịu tải trọng lệch tâm thì tính cho phía có phản lực max của cọc)

+ Mặt đâm thủng hình thành từ chân cột, xiên góc 450

+ Ta thấy tháp đâm thủng bao trùm ra ngoài các cọc, như vậy đài không bị đâm thủng

M M

y x

M M

M M

Xem đài cọc làm việc như conson, ngàm tại tiết diện chân cột

- Mômen tại mặt ngàm I-I:

MII-II = (P1+ P2 +P3) x z = (48.04+59.6+71.2) x 0.3= 53.65 T.m

- Diện tích cốt thép cần thiết là:

5

53.65 10 0.9 0.9 2800 95

Hình vẽ: Sơ đồ tải trọng, mô men đài cọc trục 2-A

G =1735 daN ;G dk2 =1203 daN ; G t =7425 daN

- Ta có bảng tải trọng như sau:

D 284.65 26.51 8.60 247.52 23.05 7.48

1.3.2.2./ Chọn chiều sâu chôn đáy đài

- Để đài cọc không bị dịch chuyển và cột không bị uốn phải đặt đài cọc ở độ sau sao cho đủ ngàm vào đất

- Kiểm tra điều kiện:

+Hạ cọc bằng phương pháp ép tĩnh.

1.3.2.4./ Xác định sức chịu tải của cọc:

- Sức chịu tải của cọc xác định theo hai trường hợp: sức chịu tải của cọc theo đất nền và sức chịu tải theo vật liệu làm cọc

a) Theo vật liệu làm cọc

Tính tương tự như móng trục A:

Pvl = ϕx(AsxRs + AbxRb) = ≈ 131T.

b) Theo đất nền:

*Theo phương pháp thí nghiệm trong phòng:

- Lấy kết quả như móng trục A: Pđn = mx(mRxRxA + u∑

mfxfixli)= 114.16 T

⇒Sức chịu tải cho phép: ' 114.16

1.4

dn dn tc

P P k

= = =81.5T

So sánh: p vl = 131T ≥ (1.5 2) ÷ p dn' = (122 163) ÷ T (thỏa)

* Kết luận : Chọn PTK = min( Pvl; Pđn,) = min(131; 81.5 ) = 81.5 T

1.3.2.5./ Thiết kế số lượng cọc và tiết diện đài cọc

-Diện tích sơ bộ của đế đài:

P γ h n

nc

tt sb

G 284.65 11.681.2

81.5

tt o tk

N P

Với: β = 1.2 - hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng của tải

trọng ngang và mơmen

- Vậy chọn số cọc chính thức là nc = 5 cọc

- Ta bố trí cọc cho mặt bằng đài mĩng như

sau:

1.3.2.6./ Kiểm tra điều kiện áp lực.

-Diện tích đáy đài thực tế:

Fđ = 1.6x2.4 =3.84 m2.-Trọng lượng thực tế của đài

G0tt = nFđh = 1.1x3.84x2x1.8 = 15.2T-Lực dọc tính toán thực tế xác định đến cốt đế đài:

N =N +G

-Momen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài:

h Q M

M tt tt tt

0

= = 26.51 +8.6x1.8 = 42 Tm-Lực tác dụng lên các cọc biên:

tt y c

tt tt

x

x M n

N P

1 2

max 0

min max,

Với: + xmaxn =xmaxk = 0.9; ∑xi2 = 4x0.92 = 3.24 m2

min = 59.97 -11.66 = 48.3 T

Ptt

tb =71.2 47.88+2 = 59.46 T-Trọng lượng tính toán của cọc: Pc = 0.3 x 0.3 x14x 2.5x1.1=3.465 T

-Điều kiện kiểm tra : Pmax + ≤P c P P TK; min ≥ 0

-Ta thấy: Ptt

max + Pc = 71.63 + 3.465 =75 T < PTK =81.5T (thỏa)

Pmin= 48.3 T >0 (thỏa)

Kết luận: Thoả mãn điều kiện lực tác dụng lên cọc chịu nén nhiều

nhất tác dụng xuống cọc biên và không có cọc bị kéo do đó không cần kiểm tra điều kiện chống nhổ

1.3.2.7./ Tính toán nền theo biến dạng

*/ Kiểm tra cường độ đất nền tại mặt phẳng mũi cọc

- Lấy kết quả móng trục A: 24 5'0 0 '

tc dai

G0 = + + -Trọng lượng phạm vi từ đế đài trở lên: tc

dai

G = 72.58 T-Trọng lượng cọc : tc

coc

G = 5 x 0.32 x 14 x 2.5 = 15.75 T -Trọng lượng đất từ đáy đài trở xuống ( phải trừ đi thể tích đất bị cọc chiếm chỗ)

G = × × − × × =298T

-Vậy: Trọng lượng khối móng quy ước:

tc dat

tc coc

tc dai

G0 = + + = 72.58+ 15.75 + 298 = 386 T-Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối móng quy ước:

tc tc

N = 0 + 0 = 247.52 + 386 = 633 T-Momen tiêu chuẩn tương ứng trọng tâm đáy khối móng quy ước:

M tc tc

M = 0 + 0 × = 23.05 + 7.48 x 15.2 = 136.7 Tm-Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng quy ước:

2 min

max,

6

M M

tc M

M

tc tc

L B

M B

37.2 23

30.1 2

tc tb

σ = + = T/m2

-Cường độ tính toán của đất nền ở đáy khối móng quy ước:

1.2 1.0

(0.98 4.2 0.99 4.93 15.2 1.18 7.4 0.8) 1

σ = 30.1 T/m2 < RM =118 T/m2 ; tc

min

σ = 23 T/m2>0

Kết luận: Vậy nền đất dưới mũi cọc đủ sức chịu tải, ta tiến hành kiểm tra lún cho móng khối qui ước.

*/ Kiểm tra lún cho móng cọc đài thấp

Kết quả tương tự móng trục A : S=1.02 cm < Sgh = 8 cm (thỏa)

Kết luận:Vậy đất đủ khả năng chịu lực theo điều kiện biến

dạng

1.3.1.8./ Tính toán và cấu tạo đài cọc:

a) Tính toán chiều cao của đài cọc

- Chọn h0 giống móng trục A:

Chọn h0 = 0.95m⇒h d = 0.95 0.15 1.1 + = m

+ Mặt đâm thủng hình thành từ chân cột, xiên góc 450

+ Ta thấy tháp đâm thủng bao trùm ra ngoài các cọc, như vậy đài không bị đâm thủng

- Xác định phản lực đầu cọc:

M M

- Mômen tại mặt ngàm I-I:

=> 317.15 x A= 320.2 x (3.4 - A) => A = 1.69 m

Ta quy nội lực về trọng tâm móng O:

Q B

N B

M B tt

tt tt

Q 0

N 0

M 0 tt

tt tt

Q c

N c

M c tt

tt tt

tc

Q = − = − T

∑

6.3.3.2./ Chọn chiều sâu chôn đáy đài: (giống móng trục A)

Chọn chiều sâu chôn đài hm =1.8m

6.3.3.3./Chọn vật liệu, kích thước cọc: (giống móng trục A) 6.3.3.4./ Xác định sức chịu tải của cọc: (giống móng trục A)

⇒Sức chịu tải cho phép: ' 114.16

1.4

dn dn tc

P P k

= = =81.5T

* Kết luận : Chọn PTK = min( Pvl; P’

đn,) = min(131; 81.5 ) = 81.5

T

6.3.3.5./ Thiết kế số lượng cọc và tiết diện đài cọc

-Diện tích sơ bộ của đế đài:

6.6 100.6 2 1.8 1.1

tt

tb

N F

nc

tt sb

G 637.65 26.141.2

81.5

tt o tk

N P

Với: β = 1.2 - hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng của tải trọng ngang và mơmen

- Vậy chọn số cọc chính thức là nc = 10 cọc

- Ta bố trí cọc cho mặt bằng đài mĩng như sau: